一种ADCP发射声源级可调电路的制作方法

本实用新型涉及水体流速测量领域，尤其涉及一种ADCP发射声源级可调电路。

背景技术：

ADCP即声学多普勒流速剖面仪是基于声学多普勒原理研制的一种测量水体流速的设备。其中声源级是换能器工作的一个重要指标，其大小用来衡量换能器能发射出来的信号的能量大小。发射的信号越大，相应回波信号越大。而我们不是所有时刻多需要这么大的回波信号。比如在测对底时，回波信号本身就很大，往往在接收电路处理时还需衰减其信号，所以换能器不需这么大的声源级；再比如在测比较浅的水流时，因距离较近也不需这么大的声源级。此时要是声源级不可调，一方面造成了能量的不必要损耗，另一方面给接收电路放大处理电路带来不必要的麻烦（因对底测速和水流测速的回波强度相差40-50dB）。以前的技术，大多采用发射时改变发射信号的占空比来改变声源级，这样改的弊端，改变占空比可调的范围较小，还增加系统设计的复杂度，并且我们一般用D类功放做换能器的驱动电路，D类功放在实现改变占空比时，容易导致波形失真（A类功放效率太低，故不采用）。另一方面就是在接收电路使劲加大可调增益范围，这样给硬件带来不必要的开支，又给能量带来不必要的浪费。

有鉴于此，亟待研发出一种能够解决上述问题的ADCP发射声源级可调电路。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在解决上述ADCP发射声源级调节方案的弊端，从而提供一种新型的ADCP发射声源级可调电路。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种ADCP发射声源级可调电路。该电路包括正发射电压调节单元、负发射电压调节单元、驱动单元和换能器，

所述正发射电压调节单元、负发射电压调节单元分别与所述驱动单元相连接，分别用于输出设定范围内的正电压和负电压，以向所述驱动单元提供不同大小的电压源；所述正发射电压调节单元输出的正电压与所述负发射电压调节单元输出的负电压的绝对值相等；

所述驱动单元与所述换能器相连，用于根据提供的电压源驱动所述换能器；

所述换能器，用于通过驱动单元进行驱动，实现不同强度信号的发射。

优选地，所述正发射电压调节单元输出的正电压范围为2.5V～20V，所述负发射电压调节单元输出的负电压范围为-2.5V～-20V。

进一步优选地，所述正发射电压调节单元包括斩波单元、电阻反馈单元和控制单元，

所述斩波单元为DC/DC 控制器LT3757搭建的SEPIC斩波电路，其与所述电阻反馈单元相连，用以实现输出电压大于或等于或小于输入电压；

所述电阻反馈单元与所述控制单元和所述斩波单元相连，用以通过控制单元改变阻值以实现输出电压2.5V到20V的可控。

更进一步优选地，所述正发射电压调节单元还包括滤波单元，其与所述斩波单元相连，用以对斩波单元输出的电压进行滤波处理。

进一步优选地，所述负发射电压调节单元包括升降压式变换单元、电阻反馈单元和控制单元，

所述升降压式变换单元为DC/DC 控制器LT3757搭建的BUCK-BOOST电路，其与所述电阻反馈单元相连，用以实现输出电压小于或高于输入电压，输出电压极性相反于输入电压；

所述电阻反馈单元与所述控制单元和所述升降压式变换单元相连，用以通过控制单元改变阻值以实现输出电压-2.5V到-20V的可控。

更进一步优选地，所述负发射电压调节单元还包括滤波单元，其与所述升降压式变换单元相连，用以对升降压式变换单元输出的电压进行滤波处理。

本实用新型的有益效果是：通过正负发射电压调节单元输出的设定范围内的正负电压值作为驱动单元的输入端电压，进而改变换能器的驱动电压，即实现换能器的声源级可调。不但解决了改变发射占空比带来的弊端的前提下，而且即能实现节能，又能在硬件上减少不必要的开支，减少系统设计的复杂度。

附图说明

图1为本实用新型的一种ADCP发射声源级可调电路的原理框图；

图2为本实用新型的一种ADCP发射声源级可调电路的正发射电压调节单元结构框图；

图3为本实用新型的一种ADCP发射声源级可调电路的负发射电压调节单元结构框图；

图4为图2的具体电气原理图；

图5为图3的具体电气原理图；

图6为本实用新型的一种ADCP发射声源级可调的方法流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。

图1为本实用新型的一种ADCP发射声源级可调电路的原理框图。

如图1所示，本实用新型的ADCP发射声源级可调电路包括正发射电压调节单元1、负发射电压调节单元2、驱动单元3和换能器4。

正发射电压调节单元1和负发射电压调节单元2分别与驱动单元3相连接，分别用于输出设定范围内的正电压和负电压，以向驱动单元3提供不同大小的电压源。并且正发射电压调节单元1输出的正电压与负发射电压调节单元2输出的负电压的绝对值相等。其中，正发射电压调节单元1输出的正电压范围为2.5V～20V，负发射电压调节单元2输出的负电压范围为-2.5V～-20V。

驱动单元3与换能器4相连，主要负责根据正发射电压调节单元1和负发射电压调节单元2提供的电压源驱动换能器4工作。其中，驱动单元3采用D类功率放大器。

换能器4主要用来通过驱动单元3进行驱动，实现不同强度信号的发射。

如图2所示，本实用新型的正发射电压调节单元1包括斩波单元11、电阻反馈单元12和控制单元13。斩波单元11为DC/DC 控制器LT3757搭建的SEPIC斩波电路，其与电阻反馈单元12相连，负责实现输出电压大于或等于或小于输入电压。电阻反馈单元12与控制单元13和斩波单元11相连，负责通过控制单元13改变阻值以实现输出电压2.5V到20V的可控。

应当理解，本实施例中的正发射电压调节单元1还包括滤波单元14及与其连接的负载15，滤波单元14与斩波单元11相连，用以对斩波单元11输出的电压进行滤波处理后送给负载15端。

如图3所示，负发射电压调节单元2包括升降压式变换单元21、电阻反馈单元22和控制单元23。升降压式变换单元21为DC/DC 控制器LT3757搭建的BUCK-BOOST电路，其与电阻反馈单元22相连，用以实现输出电压小于或高于输入电压，输出电压极性相反于输入电压。电阻反馈单元22与控制单元23和升降压式变换单元21相连，用以通过控制单元改变阻值以实现输出电压-2.5V到-20V的可控。

同样，本实施例中的负发射电压调节单元2还包括滤波单元24及与其连接的负载25，滤波单元24与升降压式变换单元21相连，用以对升降压式变换单元21输出的电压进行滤波处理后送给负载25端。

此外，需要说明的是，本实用新型中正发射电压调节单元1和负发射电压调节单元2均采用了DC/DC 控制器LT3757构建电路，这是因为ADCP系统的输入电压是12V，换能器需要电源可实现的电压可调范围是：正负电压都要从正负2.5V到正负20V可调，而且正负电压在发射时多要平衡即绝对值相等，需要的电源输出电流在500mA以上。所以本实用新型采用DC/DC 控制器 LT3757芯片构建电路，LT3757芯片是凌特公司(Linear)推出的宽输入范围 DC/DC 控制器，该器件适用于升压型、反激式、SEPIC 和负输出电源应用，能够产生正或负的稳定输出电压。LT3757 有两个电压反馈误差放大器和基准电压。一套用于正输出电压，具有 1.60V 基准电压；另一套用于负输出电压，具有 -0.8V 基准电压，两个基准都来自单一反馈引脚，从而使 LT3757 成为适用于多种类型电源设计的高度通用 DC/DC 控制器。并且在500mA时，此时电源的输出效率可以达到90%左右。以下通过图4和图5具体说明。

图4示意了本实用新型的一种ADCP发射声源级可调电路的正发射电压调节电气原理图，如图4所示，本实用新型实施中采用芯片LT3757搭建了一个SEPIC斩波电路，其是一个可以实现输出电压大于，等于，或小于输入电压的电路，由LT3757（U6）、MOS管Q2和二极管D3构成。MOS管Q2的栅极和LT3757（U6）的7脚相连，漏极和电感L1的3脚相连，源级和LT3757（U6）的6脚相连。LT3757（U6）产生正电压时，电感L1的同名端1，2两脚分别接电源的输入及地，电感L1的4脚和二级管D3一端相连。二级管D3另一端通过电阻R45和零欧姆电阻R60与可控电阻U8相连最终输出所需的正电压。其中，电阻R45、电阻R46、零欧姆电阻R60和可控电阻U8构成电阻反馈单元。电容C38、C52、C55、C54构成滤波单元，用以对LT3757（U6）输出正电压进行滤波处理。在LT3757芯片构建的该电路中，可以控制R45及可控电阻U8的阻值来方便的控制输出电压。其输出电压的公式如下：

Vout,positive = 1.6V*(1+R45/U8的阻值)

上式中可以改变可控电阻U8的阻值来改变输出电压，通过控制单元控制可控电阻U8进行阻值变换，可以实现输出电压2.5V到20V的可控。

另外，本实用新型实施例还可以实现固定的正电压输出，该固定的输出电压公式如下：

Vout = 1.6V*(1+R45/R46)

图5示意了本实用新型的一种ADCP发射声源级可调电路的负发射电压调节电气原理图，如图5所示，LT3757（U7）采用的应是INVERTING的方式（既DC-DC开关电源逆变）提供负电源的。INVERTIN电路也叫BUCK-BOOST电路，是开关电源六种基本DC-DC变换拓扑结构之一。其又叫升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。BUCK-BOOST电路也可看做是Buck电路和Boost电路串联而成。在该图中，INVERTIN电路由LT3757（U7）、MOS管Q3和二极管D4构成。MOS管Q3的栅极和LT3757（U7）的7脚相连，漏极和电感L2的3脚相连，源级和LT3757的6脚相连。LT3757产生负电压时，电感L2的同名端1，2两脚分别接电源的输入及电源的输出，电感L2的4脚和二级管D4相连接到地。其中，电阻R53、电阻R54、零欧姆电阻R61和可控电阻U9构成电阻反馈单元。电容C39、C41、C42、C43构成滤波单元，用以对LT3757（U6）输出负电压进行滤波处理。芯片LT3757（U7）构建的该电路中，也如正电压一般可以控制R53及U9的阻值来方便的控制输出电压。其输出电压的公式如下：

Vout,positive = -0.8V*(1+R53/ U9的阻值)

上式中可以改变可控电阻U8的阻值来改变输出电压，通过控制单元控制可控电阻U8进行阻值变换，可以实现输出电压-2.5V到-20V的可控。从而最终实现发射声源级可控。

另外，本实用新型实施例还可以实现固定的负电压输出，该固定的输出电压公式如下：

Vout = 1.6V*(1+R53/R54)

图6为本实用新型的一种ADCP发射声源级可调的方法流程图。

在步骤601中，分别输出设定范围内的正电压和负电压，输出的正电压与输出的负电压的绝对值相等，输出的正电压范围为2.5V～20V，输出的负电压范围为-2.5V～-20V。

在步骤602中，根据输出的正电压和负电压驱动换能器，以实现不同强度信号的发射。

其中，步骤601中输出2.5V～20V的正电压具体包括：首先产生大于或等于或小于输入电压的正输出电压，如可通过采用芯片LT3757搭建了一个SEPIC斩波电路实现。对正输出电压进行调整控制，以实现正输出电压从2.5V到20V的变换，如可通过控制电路控制与SEPIC斩波电路相接的电阻反馈电路的电阻值以实现对电压的调整。步骤601中所述输出-2.5V～-20V的负电压具体包括：产生小于或高于输入电压且极性相反于输入电压的负输出电压，如可通过采用芯片LT3757搭建的BUCK-BOOST电路实现。对负输出电压进行调整控制以实现负输出电压从-2.5V到-20V的变换，如可通过控制电路控制与SEPIC斩波电路相接的电阻反馈电路的电阻值以实现对电压的调整。

步骤602中，根据输出的正电压和负电压驱动换能器可由D类功率放大器来实现。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语 “相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。